2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識(shí)梳理與訓(xùn)練 第10章 第3講 定量實(shí)驗(yàn)分析型實(shí)驗(yàn)題(含解析).doc
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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識(shí)梳理與訓(xùn)練 第10章 第3講 定量實(shí)驗(yàn)分析型實(shí)驗(yàn)題(含解析).doc
2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識(shí)梳理與訓(xùn)練 第10章 第3講 定量實(shí)驗(yàn)分析型實(shí)驗(yàn)題(含解析)
數(shù)據(jù)的測(cè)定方法
1.沉淀法
先將某種成分轉(zhuǎn)化為沉淀,然后稱量純凈、干燥的沉淀的質(zhì)量,再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
2.測(cè)氣體體積法
對(duì)于產(chǎn)生氣體的反應(yīng),可以通過測(cè)定氣體體積的方法測(cè)定樣品純度。
量氣裝置的設(shè)計(jì):
下列裝置中,A是常規(guī)的量氣裝置,B、C、D是改進(jìn)后的裝置。
3.測(cè)氣體質(zhì)量法
將生成的氣體通入足量的吸收劑中,通過稱量實(shí)驗(yàn)前后吸收劑的質(zhì)量,求得所吸收氣體的質(zhì)量,然后進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
4.滴定法
即利用滴定操作原理,通過酸堿中和滴定、沉淀滴定和氧化還原反應(yīng)滴定等獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
[典例] (xx·北京理綜,27)碳、硫的含量影響鋼鐵性能,碳、硫含量的一種測(cè)定方法是將鋼樣中碳、硫轉(zhuǎn)化為氣體,再用測(cè)碳、測(cè)硫裝置進(jìn)行測(cè)定。
(1)采用裝置A,在高溫下將x克鋼樣中碳、硫轉(zhuǎn)化為CO2、SO2。
①氣體a的成分是________________。
②若鋼樣中硫以FeS形式存在,A中反應(yīng):3FeS+5O2
1________+3________。
(2)將氣體a通入測(cè)硫裝置中(如右圖),采用滴定法測(cè)定硫的含量。
①H2O2氧化SO2的化學(xué)方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4,消耗zmLNaOH溶液,若消耗1mLNaOH溶液相當(dāng)于硫的質(zhì)量為y克,則該鋼樣中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù):________。
(3)將氣體a通入測(cè)碳裝置中(如下圖),采用重量法測(cè)定碳的含量。
①氣體a通過B和C的目的是__________________________________________。
②計(jì)算鋼樣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù),應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)是________________________________
________________________________________________________________________。
解析 (1)①鋼樣(含有鐵、碳、硫)在高溫下與O2反應(yīng),除生成CO2、SO2外,還有剩余的O2,故氣體a中含有CO2、SO2、O2。
②該反應(yīng)中,S元素由-2價(jià)被氧化為+4價(jià),即生成SO2,再結(jié)合元素守恒及元素的化合價(jià)升降總數(shù)相等,配平該反應(yīng)方程式:3FeS+5O2Fe3O4+3SO2。
(2)①H2O2具有強(qiáng)氧化性,SO2具有強(qiáng)還原性,二者發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成H2SO4,化學(xué)方程式為H2O2+SO2===H2SO4。
②消耗1mLNaOH溶液相當(dāng)于硫的質(zhì)量為yg,則消耗zmLNaOH溶液相當(dāng)于硫的質(zhì)量為yzg,那么鋼樣中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為=。
(3)①裝置B中活性MnO2將SO2氧化。裝置C中K2Cr2O7濃H2SO4具有強(qiáng)氧化性,用于吸收氣體a中的SO2,防止SO2進(jìn)入CO2吸收瓶,影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
②實(shí)驗(yàn)中應(yīng)測(cè)定實(shí)驗(yàn)前后CO2吸收瓶的質(zhì)量變化,從而確定CO2的質(zhì)量,繼而求出鋼樣中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
答案 (1)①SO2、CO2、O2?、贔e3O4 SO2
(2)①H2O2+SO2===H2SO4 ②
(3)①排除SO2對(duì)CO2測(cè)定的干擾?、贑O2吸收瓶吸收CO2前、后的質(zhì)量
1.(xx·重慶理綜,9)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB27602011)規(guī)定葡萄酒中SO2最大使用量為0.25g·L-1。某興趣小組用題圖1裝置(夾持裝置略)收集某葡萄酒中SO2,并對(duì)其含量進(jìn)行測(cè)定。
(1)儀器A的名稱是______________,水通入A的進(jìn)口為________。
(2)B中加入300.00mL葡萄酒和適量鹽酸,加熱使SO2全部逸出并與C中H2O2完全反應(yīng),其化學(xué)方程式為________________________________。
(3)除去C中過量的H2O2,然后用0.0900mol·L-1NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定,滴定前排氣泡時(shí),應(yīng)選擇題圖2中的________;若滴定終點(diǎn)時(shí)溶液的pH=8.8,則選擇的指示劑為________;若用50mL滴定管進(jìn)行實(shí)驗(yàn),當(dāng)?shù)味ü苤械囊好嬖诳潭取?0”處,則管內(nèi)液體的體積(填序號(hào))________(①=10mL,②=40mL,③<10mL,④>40mL)。
(4)滴定至終點(diǎn)時(shí),消耗NaOH溶液25.00mL,該葡萄酒中SO2含量為________g·L-1。
(5)該測(cè)定結(jié)果比實(shí)際值偏高,分析原因并利用現(xiàn)有裝置提出改進(jìn)措施________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)冷凝管(或冷凝器) b
(2)SO2+H2O2===H2SO4
(3)③ 酚酞 ④ (4)0.24
(5)原因:鹽酸的揮發(fā);改進(jìn)措施:用不揮發(fā)的強(qiáng)酸如硫酸代替鹽酸,或用蒸餾水代替葡萄酒進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),扣除鹽酸揮發(fā)的影響
解析 (1)A儀器的名稱為冷凝管或冷凝器;為使冷卻效果好,應(yīng)將冷卻水從處于低處的b口通入。
(2)SO2具有強(qiáng)還原性,H2O2具有強(qiáng)氧化性,二者發(fā)生氧化還原反應(yīng):SO2+H2O2===H2SO4。
(3)NaOH盛裝在堿式滴定管中,應(yīng)將橡皮管向上彎曲排出氣泡,故選③。滴定至終點(diǎn)時(shí)溶液的pH=8.8,在酚酞的變色范圍內(nèi),故可選用酚酞作指示劑。液面在10mL時(shí)滴定管中有刻度的液體為40mL,因滴定管的下端有一段無刻度,故管內(nèi)液體的體積大于40mL。
(4)SO2與NaOH存在如下關(guān)系:
SO2 ~ H2SO4 ~ 2NaOH
64g 2mol
m(SO2) 0.0900mol·L-1×0.025L
解得:m(SO2)==0.072g,故葡萄酒中SO2的含量為=0.24g·L-1。
(5)鹽酸為揮發(fā)性酸,揮發(fā)出的HCl消耗NaOH,使測(cè)量值偏大??梢杂秒y揮發(fā)的稀硫酸代替鹽酸進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)。
2.鋁鎂合金是飛機(jī)制造、化工生產(chǎn)等行業(yè)的重要材料。研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)為測(cè)定某含鎂3%~5%的鋁鎂合金(不含其他元素)中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù),設(shè)計(jì)了下列兩種不同實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。
[方案一]
[實(shí)驗(yàn)方案] 將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應(yīng),測(cè)定剩余固體質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是_____________________________。
[實(shí)驗(yàn)步驟]
(1)稱取10.8g鋁鎂合金粉末樣品,溶于體積為V、物質(zhì)的量濃度為4.0mol·L-1的NaOH溶液中,充分反應(yīng)。則NaOH溶液的體積V≥__________mL。
(2)過濾、洗滌、干燥、稱量固體。該步驟中若未洗滌固體,測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將______________(填“偏高”、“偏低”或“無影響”)。
[方案二]
[實(shí)驗(yàn)方案] 將鋁鎂合金與足量稀硫酸溶液反應(yīng),測(cè)定生成氣體的體積。
[實(shí)驗(yàn)步驟]
(1)同學(xué)們擬選用下列實(shí)驗(yàn)裝置完成實(shí)驗(yàn):
你認(rèn)為最簡易的裝置其連接順序是A接( )( )接( )( )接( )(填接口字母,可不填滿)。
(2)仔細(xì)分析實(shí)驗(yàn)裝置后,同學(xué)們經(jīng)討論認(rèn)為以下兩點(diǎn)會(huì)引起較大誤差:稀硫酸滴入錐形瓶中,即使不生成氫氣,也會(huì)將瓶內(nèi)空氣排出,使所測(cè)氫氣體積偏大;實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),連接廣口瓶和量筒的導(dǎo)管中有少量水存在,使所測(cè)
氫氣體積偏小。于是他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置。
①裝置中導(dǎo)管a的作用是_______________________________________________;
②實(shí)驗(yàn)前后量氣管中液面讀數(shù)分別為V1mL、V2mL,則產(chǎn)生氫氣的體積為__________mL;
③若需確定產(chǎn)生氫氣的量,還需測(cè)定的數(shù)據(jù)是______________________________________。
答案 方案一:2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑ (1)97 (2)偏高
方案二:(1)E D G
(2)①使分液漏斗內(nèi)氣體壓強(qiáng)與錐形瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)相等,打開分液漏斗活塞時(shí)稀硫酸能順利滴下;滴入錐形瓶的稀硫酸的體積等于進(jìn)入分液漏斗的氣體體積,從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差?、?V1-V2) ③實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)
解析 方案一:將鋁鎂合金與足量NaOH溶液反應(yīng),鎂不和NaOH溶液反應(yīng),鋁發(fā)生反應(yīng):2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑。
(1)假設(shè)合金中鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最少為3%,則10.8g鋁鎂合金粉末樣品中含有鋁10.476g,其物質(zhì)的量是0.388mol,根據(jù)反應(yīng)2Al+2NaOH+2H2O===2NaAlO2+3H2↑知,需要n(NaOH)=n(Al)=0.388mol,V(NaOH)=0.388mol/4.0mol·L-1=0.097L。
(2)過濾后,金屬鎂的表面會(huì)沾有其他離子,如果沒有洗滌,稱量后的固體的質(zhì)量將大于鎂的實(shí)際質(zhì)量,所測(cè)得鎂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將偏高。
方案二:
(1)很明顯,該同學(xué)采用排水法來測(cè)量產(chǎn)生氫氣的體積,故A應(yīng)連接E,D連接G。(最后讀數(shù)時(shí)要調(diào)節(jié)廣口瓶和量筒中的液面高度,F(xiàn)接口的導(dǎo)管太短)。(2)①用導(dǎo)管a連接后,滴入錐形瓶的稀硫酸的體積等于進(jìn)入分液漏斗的氣體體積,從而消除由于加入稀硫酸引起的氫氣體積誤差;②量氣管的0刻度在上,故產(chǎn)生氫氣的體積為(V1-V2) mL;③若需確定產(chǎn)生氫氣的量,還需知道實(shí)驗(yàn)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)。
熱點(diǎn)二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理的一般方法
1.?dāng)?shù)據(jù)的表格化
項(xiàng)目
實(shí)驗(yàn)編號(hào)
項(xiàng)目1
項(xiàng)目2
項(xiàng)目3
項(xiàng)目4…
1
2
3
(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理確定應(yīng)記錄的項(xiàng)目:所測(cè)的物理量。
(2)應(yīng)注意數(shù)據(jù)的有效數(shù)字及單位和必要的注釋。
(3)設(shè)計(jì)的表格要便于數(shù)據(jù)的查找、比較,便于數(shù)據(jù)的計(jì)算和進(jìn)一步處理,便于反映數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。
2.?dāng)?shù)據(jù)的圖像化
圖像化是用直線圖或曲線圖對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以處理的一種簡明化形式。它適用于一個(gè)量的變化引起另一個(gè)量的變化的情況。圖像化的最大特點(diǎn)是鮮明、直觀、簡單、明了。
[典例] [xx·廣東理綜,31(1)(2)(3)]碘在科研與生活中有重要應(yīng)用。某興趣小組用0.50mol·L-1KI、0.2%淀粉溶液、0.20mol·L-1K2S2O8、0.10mol·L-1Na2S2O3等試劑,探究反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。
已知:S2O+2I-===2SO+I(xiàn)2 (慢)
I2+2S2O===2I-+S4O (快)
(1)向KI、Na2S2O3與淀粉的混合溶液中加入一定量的K2S2O8溶液,當(dāng)溶液中的________________耗盡后,溶液顏色將由無色變?yōu)樗{(lán)色。為確保能觀察到藍(lán)色,S2O與S2O初始的物質(zhì)的量需滿足的關(guān)系為n(S2O)∶n(S2O)________________。
(2)為探究反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響,設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如下表:
實(shí)驗(yàn)序號(hào)
體積V/mL
K2S2O8溶液
水
KI溶液
Na2S2O3溶液
淀粉溶液
①
10.0
0.0
4.0
4.0
2.0
②
9.0
1.0
4.0
4.0
2.0
③
8.0
Vx
4.0
4.0
2.0
表中Vx=______________,理由是_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)已知某條件下,濃度c(S2O)~反應(yīng)時(shí)間t的變化曲線如圖所示,若保持其他條件不變,請(qǐng)?jiān)谧鴺?biāo)圖中,分別畫出降低反應(yīng)溫度和加入催化劑時(shí)c(S2O)~t的變化曲線示意圖(進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注)。
解析 解答本題時(shí),要圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究反應(yīng)條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響)進(jìn)行分析與處理。
(1)淀粉溶液遇I2顯藍(lán)色,溶液由無色變?yōu)樗{(lán)色時(shí),溶液中有I2,說明Na2S2O3消耗盡。為確保能觀察到藍(lán)色,溶液中Na2S2O3要耗盡。由題給離子反應(yīng)可得關(guān)系式:S2O~I(xiàn)2~2S2O,則有n(S2O)∶n(S2O)<2∶1時(shí),能觀察到藍(lán)色。
(2)實(shí)驗(yàn)的目的是探究K2S2O8溶液的濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響,故應(yīng)保證每組實(shí)驗(yàn)中其他物質(zhì)的濃度相等,即溶液的總體積相等(即為20.0mL),從而可知Vx=2.0。
(3)降低溫度時(shí),化學(xué)反應(yīng)速率減慢,c(S2O)變化減慢。加入催化劑時(shí),化學(xué)反應(yīng)速率加快,c(S2O)變化加快,c(S2O)~t的變化曲線如圖所示。
答案 (1)Na2S2O3 <2 (2)2.0 保證反應(yīng)物K2S2O8的濃度改變,而其他物質(zhì)的濃度不變
(3)如圖所示
題組一 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的篩選與取舍
1.某樣品是由碳酸鈉與氯化鈉組成的固體混合物,現(xiàn)欲測(cè)定樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
某同學(xué)稱取10.00g樣品,配成1000mL溶液,用______(填儀器名稱)量取25.00mL放入錐形瓶中,加入甲基橙作指示劑,用0.1500mol·L-1標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定至終點(diǎn),平行測(cè)定三次,有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表,則樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為__________。
實(shí)驗(yàn)編號(hào)
待測(cè)液體積(mL)
標(biāo)準(zhǔn)液體積(mL)
滴定前讀數(shù)
終點(diǎn)時(shí)讀數(shù)
1
25.00
0.00
30.02
2
25.00
0.20
33.80
3
25.00
1.40
31.38
答案 堿式滴定管(或25mL移液管) 95.40%
解析 碳酸鈉溶液呈堿性,應(yīng)選用堿式滴定管(或25mL移液管)。第2組測(cè)定體積為離群值,應(yīng)舍去,用1、3組求體積的平均值。
==30.00mL,依據(jù)方程式:Na2CO3+2HCl===2NaCl+CO2↑+H2O,n(Na2CO3)=××0.1500mol·L-1×30×10-3L=0.09mol,所以w(Na2CO3)=×100%=95.40%。
2.0.80gCuSO4·5H2O樣品受熱脫水過程的熱重曲線(樣品質(zhì)量隨溫度變化的曲線)如下圖所示。
請(qǐng)回答下列問題:
(1)試確定200℃時(shí)固體物質(zhì)的化學(xué)式________________________________________
________________________________________________________________________;
(要求寫出推斷過程)。
(2)取270℃所得樣品,于570℃灼燒得到的主要產(chǎn)物是黑色粉末和一種氧化性氣體,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________;把該黑色粉末溶解于稀硫酸中,經(jīng)濃縮、冷卻,有晶體析出,該晶體的化學(xué)式為________,其存在的最高溫度是________。
答案 (1)CuSO4·H2O
CuSO4·5H2OCuSO4·(5-n)H2O+nH2O
250 18n
0.80 g0.80 g-0.57 g=0.23 g
可列式:=,求得n≈4。200℃時(shí)產(chǎn)物為CuSO4·H2O晶體。
(2)CuSO4CuO+SO3↑ CuSO4·5H2O 102℃
解析 (1)分析CuSO4·5H2O受熱脫水過程的熱重曲線可知,200℃時(shí)和113℃時(shí)的產(chǎn)物相同,可根據(jù)113℃時(shí)樣品質(zhì)量確定脫水產(chǎn)物,設(shè)113℃時(shí)產(chǎn)物為CuSO4·(5-n)H2O,則有
CuSO4·5H2OCuSO4·(5-n)H2O+nH2O
250 18n
0.80 g0.80 g-0.57 g=0.23 g
可列式:=,求得n≈4。200℃時(shí)產(chǎn)物為CuSO4·H2O晶體。
(2)根據(jù)灼燒產(chǎn)物是黑色粉末可知分解生成CuO,則具有氧化性的另一產(chǎn)物為SO3,所以灼燒時(shí)反應(yīng)方程式為CuSO4CuO+SO3↑,CuO溶于稀硫酸得CuSO4溶液,結(jié)晶時(shí)又生成CuSO4·5H2O,由脫水過程的熱重曲線可知其存在的最高溫度為102℃。
題組二 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理組合
3.現(xiàn)有一份CuO和Cu2O的混合物,用H2還原法測(cè)定其中的CuO質(zhì)量xg,實(shí)驗(yàn)中可以測(cè)定以下數(shù)據(jù):①W:混合物的質(zhì)量(g)、②W(H2O):生成水的質(zhì)量(g)、③W(Cu):生成Cu的質(zhì)量(g)、④V(H2):標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗H2的體積(L)。
(已知摩爾質(zhì)量:Cu:64g·mol-1、CuO:80g·mol-1、Cu2O:144g·mol-1、H2O:18g·mol-1)
(1)為了計(jì)算x至少需要測(cè)定上述4個(gè)數(shù)據(jù)中的____個(gè),這幾個(gè)數(shù)據(jù)的組合共有________種。請(qǐng)將這些組合一一填入下列空格中。
說明:①選用W、W(H2O)、W(Cu)、V(H2)表示,不必列出具體算式。
②每個(gè)空格中填一種組合,有幾種組合就填幾種,不必填滿。
(2)從上述組合中選出一個(gè)含W數(shù)據(jù)的求x的計(jì)算式:
________________________________________________________________________。
(3)以上數(shù)據(jù)組合中易于取得的一組是___________________________________。
答案 (1)2 5
W、W(H2O)
W、W(Cu)
W、V(H2)
W(H2O)、W(Cu)
W(Cu)、V(H2)
(2)可從以下三組中任選一組
①+=
②+=
③+=
(3)W和W(Cu)
解析 本題是考查學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)試題的要求,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力及數(shù)據(jù)處理能力,而且本題是數(shù)學(xué)知識(shí)與化學(xué)結(jié)合的一個(gè)題目。本題想解決的是CuO和Cu2O二元混合物的質(zhì)量組成,要通過列二元一次方程組的方法求解,所以需要獲得兩個(gè)數(shù)據(jù)。將題中所給數(shù)據(jù)進(jìn)行排列組合,有下列6種組合。
W、W(H2O)
W、W(Cu)
W、V(H2)
W(H2O)、W(Cu)
W(H2O)、V(H2)
W(Cu)、V(H2)
在6種組合中不難看出V(H2)、W(H2O)一組不能成立,因?yàn)檫@一組僅與氧元素有關(guān)而與銅元素?zé)o關(guān),不能形成兩個(gè)有效的二元一次方程,無法求出CuO和Cu2O的量,所以實(shí)際只有5組數(shù)據(jù)組合是合理的。但在這5種組合中,結(jié)合氫氣要過量的特點(diǎn),V(H2)這一數(shù)據(jù)在獲得上有一定的困難。測(cè)W(H2O)易受空氣中的水及CO2的干擾,并且裝置復(fù)雜,數(shù)據(jù)合理,但不簡易。W及W(Cu)在獲取上是最容易且可靠的。
4.在0℃、1.01×105Pa時(shí)進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn):甲、乙、丙三位同學(xué)各取30.0mL同濃度的鹽酸,加入相同組成的鎂鋁合金粉末,測(cè)定產(chǎn)生氣體的體積,有關(guān)數(shù)據(jù)列表如下:
實(shí)驗(yàn)序號(hào)
甲
乙
丙
合金質(zhì)量(mg)
510
765
918
氣體體積(mL)
560
672
672
試求:(1)鹽酸的物質(zhì)的量濃度是多少?
(2)合金中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
答案 (1)2.0mol·L-1
(2)Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為47.1%,Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.9%
解析 依據(jù)表格數(shù)據(jù)可知,甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)鹽酸過量。乙、丙實(shí)驗(yàn)中合金過量,鹽酸完全反應(yīng)。
(1)按乙、丙中產(chǎn)生氫氣的體積計(jì)算n(HCl)
2HCl ~ H2
n(HCl)=2×=0.06mol
c(HCl)==2.0mol·L-1
(2)甲中鹽酸過量,合金完全反應(yīng)
用甲組數(shù)據(jù)計(jì)算:n(H2)==0.025mol
設(shè)合金中Mg、Al的物質(zhì)的量分別為x、y
Mg~H2 Al~H2
xxyy
,解得
w(Mg)=×100%≈47.1%
w(Al)=×100%≈52.9%
定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的加工處理策略
實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù),可分為有用、有效數(shù)據(jù),正確、合理數(shù)據(jù),錯(cuò)誤、無效數(shù)據(jù),及無用、多余數(shù)據(jù)等。能從大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中找出有用、有效、正確、合理的數(shù)據(jù)是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理題的一個(gè)重要能力考查點(diǎn),也是近年來命題變化的一個(gè)重要方向。
對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)篩選的一般方法和思路為“五看”:一看數(shù)據(jù)是否符合測(cè)量儀器的精度特點(diǎn),如用托盤天平測(cè)得的質(zhì)量的精度為0.1g,若精度值超過了這個(gè)范圍,說明所得數(shù)據(jù)是無效的;二看數(shù)據(jù)是否在誤差允許范圍內(nèi),若所得的數(shù)據(jù)明顯超出誤差允許范圍,要舍去;三看反應(yīng)是否完全,是否是過量反應(yīng)物作用下所得的數(shù)據(jù),只有完全反應(yīng)時(shí)所得的數(shù)據(jù),才能進(jìn)行有效處理和應(yīng)用;四看所得數(shù)據(jù)的測(cè)試環(huán)境是否一致,特別是氣體體積數(shù)據(jù),只有在溫度、壓強(qiáng)一致的情況下才能進(jìn)行比較、運(yùn)算;五看數(shù)據(jù)測(cè)量過程是否規(guī)范、合理,錯(cuò)誤和違反測(cè)量規(guī)則的數(shù)據(jù)需要舍去。
(1)表格型題的解題要點(diǎn)在于通過審題,獲取有用信息,然后對(duì)表格中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析,依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)、變化規(guī)律進(jìn)行解答。
(2)直角坐標(biāo)系題的解題要點(diǎn)在于解題時(shí)要求學(xué)生首先弄清楚自變量和因變量到底是什么,注意理解起點(diǎn)、終點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)的含義。然后根據(jù)所學(xué)知識(shí)分析概念、圖像、數(shù)值三者之間的關(guān)系。
練出高分
1.碳酸鎂晶須是一種新型的吸波隱形材料中的增強(qiáng)材料。
(1)合成該物質(zhì)的步驟如下:
步驟1:配制0.5mol·L-1MgSO4溶液和0.5mol·L-1NH4HCO3溶液。
步驟2:用量筒量取500mLNH4HCO3溶液于1000mL四口燒瓶中,開啟攪拌器,溫度控制在50℃。
步驟3:將250mLMgSO4溶液逐滴加入NH4HCO3溶液中,1min內(nèi)滴加完后,用氨水調(diào)節(jié)溶液pH到9.5。
步驟4:放置1h后,過濾,洗滌。
步驟5:在40℃的真空干燥箱中干燥10h,得碳酸鎂晶須產(chǎn)品(MgCO3·nH2O n=1~5)。
回答下列問題:
①步驟3中加氨水后的離子方程式_____________________________________________。
②步驟4為加快過濾速度,常用_________________________________________________(填過濾方法)。
(2)測(cè)定合成的MgCO3·nH2O中的n值。
稱量1.000g碳酸鎂晶須,放入右圖所示的廣口瓶中,加入適量水,滴入稀硫酸與晶須反應(yīng),生成的CO2被NaOH溶液吸收,在室溫下反應(yīng)4~5h,反應(yīng)后期將溫度升到30℃,最后的燒杯中的溶液用已知濃度的鹽酸滴定,測(cè)得CO2的總量;重復(fù)上述操作2次。
①圖中氣球的作用是______________________________________________________
__________________________;
②上述反應(yīng)后期要升溫到30℃,主要目的是__________________________________;
③設(shè)3次實(shí)驗(yàn)測(cè)得每1.000g碳酸鎂晶須產(chǎn)生的CO2平均值為amol,則n值為________________________(用含a的表達(dá)式表示)。
(3)稱取100g上述晶須產(chǎn)品進(jìn)行熱重分析,熱重曲線如下圖。則該條件下合成的晶須中,n=____________(選填:1、2、3、4、5)。
答案 (1)①M(fèi)g2++NH3·H2O+HCO===MgCO3↓+NH+H2O?、跍p壓過濾(或抽濾)
(2)①暫時(shí)儲(chǔ)存CO2,有利于CO2被NaOH溶液吸收,且能保持裝置中壓強(qiáng)相對(duì)穩(wěn)定?、谏邷囟葰怏w的溶解度減小,使溶解在水中的CO2逸出,便于吸收完全
③(1-84a)/18a
(3)1
解析 (1)①加入氨水促進(jìn)HCO的電離,適當(dāng)增大CO的濃度。②加快過濾的方法只能是減壓過濾。
(2)①開始產(chǎn)生的CO2速率大于NaOH溶液吸收CO2的速率,氣球逐漸脹大,暫時(shí)儲(chǔ)存CO2,避免產(chǎn)生的CO2使內(nèi)部壓強(qiáng)過大,造成氣體泄漏;后期CO2被NaOH吸收時(shí),氣球逐漸變??;②使溶解在水中的CO2逸出,便于吸收完全;
③找出關(guān)系:MgCO3·nH2O~CO2
84+18n1
1.000a
得n=(1.000-84a)/18a
(3)從圖中看,剩余質(zhì)量為82.3g時(shí),減少的質(zhì)量為失去的結(jié)晶水的質(zhì)量;剩余39.5g時(shí),減少的質(zhì)量為分解出的CO2的質(zhì)量,列式:100g×18n/(84+18n)=100g-82.3g,得n=1。
2.某課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證Ag與濃HNO3反應(yīng)的過程中可能產(chǎn)生NO。其實(shí)驗(yàn)流程圖如下:
(1)測(cè)定硝酸的物質(zhì)的量
反應(yīng)結(jié)束后,從下圖B裝置中所得100mL溶液中取出25.00mL溶液,用0.1mol·L-1的NaOH溶液滴定,用酚酞作指示劑,滴定前后的滴定管中液面的位置如右上圖所示。
在B容器中生成硝酸的物質(zhì)的量為__________,則Ag與濃硝酸反應(yīng)過程中生成的NO2的物質(zhì)的量為____________。
(2)測(cè)定NO的體積
①從上圖所示的裝置中,你認(rèn)為應(yīng)選用________裝置進(jìn)行Ag與濃硝酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn),選用的理由是________________________________________________________________________。
②選用上圖所示儀器組合一套可用來測(cè)定生成NO體積的裝置,其合理的連接順序是__________________(填各導(dǎo)管口編號(hào))。
③在讀取量筒內(nèi)液體體積之前,應(yīng)進(jìn)行的操作___________________________________。
(3)氣體成分分析
若實(shí)驗(yàn)測(cè)得NO的體積為112.0mL(已折算到標(biāo)準(zhǔn)狀況),則Ag與濃硝酸反應(yīng)的過程中________(填“有”或“沒有”)NO產(chǎn)生,作此判斷的依據(jù)是__________________。
答案 (1)0.008mol 0.012mol
(2)①A 因?yàn)锳裝置可以通入N2將裝置中的空氣排盡,防止NO被空氣中O2氧化 ②123547?、垡后w冷卻到室溫,并使集氣瓶和量筒內(nèi)液面相平
(3)有 因?yàn)镹O2與水反應(yīng)生成的NO的體積小于收集到的NO的體積
解析 本題根據(jù)Ag和濃HNO3反應(yīng)原理,考查了酸堿中和滴定及氣體成分的分析方法。
(1)根據(jù)圖示消耗NaOH溶液的體積為20.00mL,n(HNO3)=20.00×10-3L×0.1mol·L-1×4=0.008mol。n(NO2)=×3=0.012mol。
(2)裝置A可以利用N2排盡裝置內(nèi)的氣體,防止NO被氧化,所以選用裝置A。
其裝置順序?yàn)锳→B→C→E,為了減少誤差,在讀取NO體積時(shí),一是要冷卻到室溫;二是量筒內(nèi)液面應(yīng)和集氣瓶內(nèi)液面相平。
(3)根據(jù)
3NO2+H2O===2HNO3+NO
0.012mol0.004mol
V(NO)=0.004mol×22.4L·mol-1=0.0896L<0.112L,所以,Ag與濃硝酸反應(yīng)的過程中有NO產(chǎn)生。
3.目前流行的關(guān)于生命起源假設(shè)的理論認(rèn)為,生命起源于約40億年前的古洋底的熱液環(huán)境,這種環(huán)境系統(tǒng)中普遍存在鐵硫簇結(jié)構(gòu),如Fe2S2、Fe4S4、Fe8S7等,這些鐵硫簇結(jié)構(gòu)參與了生命起源的相關(guān)反應(yīng)。某化學(xué)興趣小組在研究某鐵硫簇結(jié)構(gòu)的組成時(shí),設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)。
【實(shí)驗(yàn)Ⅰ】 確定硫的質(zhì)量:
按圖連接裝置,檢查好裝置的氣密性后,在硬質(zhì)玻璃管A中放入1.0g鐵硫簇結(jié)構(gòu)(含有部分不反應(yīng)的雜質(zhì)),在試管B中加入50mL0.100mol·L-1的酸性KMnO4溶液,在試管C中加入品紅溶液。通入空氣并加熱,發(fā)現(xiàn)固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧t棕色。待固體完全轉(zhuǎn)化后,將B中溶液轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶,洗滌試管B后定容。取25.00mL該溶液用0.01mol·L-1的草酸(H2C2O4)溶液滴定剩余的KMnO4。記錄數(shù)據(jù)如下:
滴定次數(shù)
待測(cè)溶液體積/mL
草酸溶液體積/mL
滴定前刻度
滴定后刻度
1
25.00
1.50
23.70
2
25.00
1.02
26.03
3
25.00
0.00
24.99
相關(guān)反應(yīng):①2MnO+2H2O+5SO2===2Mn2++5SO+4H+
②2MnO+6H++5H2C2O4===2Mn2++10CO2↑+8H2O
【實(shí)驗(yàn)Ⅱ】 確定鐵的質(zhì)量:
將實(shí)驗(yàn)Ⅰ硬質(zhì)玻璃管A中的殘留固體加入稀鹽酸中,充分?jǐn)嚢韬筮^濾,在濾液中加入足量的NaOH溶液,過濾后取濾渣,經(jīng)充分灼燒得0.6g固體。
試回答下列問題:
(1)判斷滴定終點(diǎn)的方法是______________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)試管C中品紅溶液的作用是_____________________________________________。
有同學(xué)提出,撤去C裝置對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響,你的看法是________(選填“同意”或“不同意”),理由是___________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)根據(jù)實(shí)驗(yàn)Ⅰ和實(shí)驗(yàn)Ⅱ中的數(shù)據(jù)可確定該鐵硫簇結(jié)構(gòu)的化學(xué)式為________________________________________________________________________。
【問題探究】 滴定過程中,細(xì)心的同學(xué)發(fā)現(xiàn)該KMnO4溶液顏色褪去的速率較平常滴定時(shí)要快得多。為研究速率加快的原因,該同學(xué)繼續(xù)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:
編號(hào)
溫度/℃
酸化的H2C2O4溶液/mL
KMnO4溶液/mL
溶液褪色時(shí)間/s
1
25
5.0
2.0
40
2
25
5.0(另加少量可溶于水的MnSO4粉末)
2.0
4
3
60
5.0
2.0
25
(4)分析上述數(shù)據(jù),滴定過程中反應(yīng)速率加快的一種可能原因是___________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)當(dāng)?shù)稳胱詈笠坏尾菟崛芤簳r(shí),錐形瓶中溶液由淺紅色變?yōu)闊o色,且半分鐘內(nèi)不變化
(2)驗(yàn)證SO2是否被酸性KMnO4溶液完全吸收 同意
當(dāng)B中溶液顏色不變化,即可證明SO2已被酸性KMnO4溶液完全吸收
(3)Fe3S4
(4)Mn2+對(duì)反應(yīng)起到催化作用(或反應(yīng)放熱使溫度升高),加快反應(yīng)速率
解析 (3)第1次滴定時(shí)H2C2O4溶液體積誤差較大,舍去,第2、3次取平均值,V(H2C2O4)=25.00mL。與H2C2O4反應(yīng)的KMnO4的物質(zhì)的量為0.01mol·L-1×0.025L×=0.0001mol,與SO2反應(yīng)的KMnO4的物質(zhì)的量為0.05L×0.100mol·L-1-10×0.0001mol=0.004mol,n(SO2)=0.004mol×=0.01mol,n(S)=0.01mol;0.6g固體為Fe2O3,n(Fe)=×2mol=0.0075mol,==,所以該鐵硫簇結(jié)構(gòu)的化學(xué)式為Fe3S4。(4)對(duì)比實(shí)驗(yàn)1、2知,Mn2+可使反應(yīng)速率加快;對(duì)比實(shí)驗(yàn)1、3知,溫度升高,反應(yīng)速率加快。
4.通過沉淀-氧化法處理含鉻廢水,減少廢液排放對(duì)環(huán)境的污染,同時(shí)回收K2Cr2O7。實(shí)驗(yàn)室對(duì)含鉻廢液(含有Cr3+、Fe3+、K+、SO、NO和少量Cr2O)回收與再利用工藝如下:
已知:①Cr(OH)3+OH-===CrO+2H2O;
②2CrO+3H2O2+2OH-===2CrO+4H2O;
③H2O2在酸性條件下具有還原性,能將+6價(jià)Cr還原為+3價(jià)Cr。
(1)實(shí)驗(yàn)中所用KOH濃度為6mol·L-1,現(xiàn)用KOH固體配制250mL6mol·L-1的KOH溶液,除燒杯、玻璃棒外,還必需用到的玻璃儀器有________。
(2)濾液Ⅰ酸化前,進(jìn)行加熱的目的是________。冰浴、過濾后,應(yīng)用少量冷水洗滌K2Cr2O7,其目的是________________________。
(3)下表是相關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù):
物質(zhì)
0℃
20℃
40℃
60℃
80℃
100℃
KCl
28.0
34.2
40.1
45.8
51.3
56.3
K2SO4
7.4
11.1
14.8
18.2
21.4
24.1
K2Cr2O7
4.7
12.3
26.3
45.6
73.0
102.0
KNO3
13.9
31.6
61.3
106
167
246.0
根據(jù)溶解度數(shù)據(jù),操作Ⅰ具體操作步驟為①__________________、②__________。
(4)稱取產(chǎn)品重鉻酸鉀試樣2.000g配成250mL溶液,取出25.00mL于錐形瓶中,加入10mL2mol·L-1H2SO4和足量碘化鈉(鉻的還原產(chǎn)物為Cr3+),放于暗處5min,然后加入100mL水,加入3mL淀粉指示劑,用0.1200mol·L-1Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定(I2+2S2O===2I-+S4O)。
①若實(shí)驗(yàn)中共用去Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液30.00mL,所得產(chǎn)品中重鉻酸鉀的純度為________(設(shè)整個(gè)過程中其他雜質(zhì)不參與反應(yīng))。
②若滴定管在使用前未用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液潤洗,測(cè)得的重鉻酸鉀的純度將________(填“偏高”、“偏低”或“不變”)。
答案 (1)250mL容量瓶、膠頭滴管
(2)除去H2O2 除去晶體表面殘留的雜質(zhì),減小K2Cr2O7的損耗
(3)①蒸發(fā)濃縮?、诔脽徇^濾
(4)①88.2%?、谄?
解析 (1)配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液,需要用到容量瓶,在定容時(shí)要用到膠頭滴管。(2)在加熱時(shí),H2O2會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)。用冰水洗晶體是為了降低晶體的溶解度,增加產(chǎn)率。(3)從溶解度表中數(shù)據(jù)知,K2SO4溶解度比K2Cr2O7、KNO3小,采用蒸發(fā)濃縮,將K2SO4析出而除去,趁熱過濾得含有大量K2Cr2O7和少量的KNO3的濾液,再采用冰水降溫結(jié)晶,可析出K2Cr2O7晶體。
(4)①找出滴定的關(guān)系:K2Cr2O7~3I2~6S2O,m(K2Cr2O7)=0.1200mol·L-1×30×10-3L×294g·mol-1×=0.1764g,重鉻酸鉀的純度為(0.1764×250/25)/2×100%=88.2%。②若未用Na2S2O3潤洗滴定管,則Na2S2O3的濃度變小,消耗的體積變多,則計(jì)算出的I2以及K2Cr2O7的量將偏大。